KR20010070551A - 공기 탱크를 갖춘 터보 압축기의 동압 공기 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동압 공기 베어링을 갖춘 터보형 공기 압축기에 있어서, 공기 저장 탱크의 압축공기를 이용하여 터보형 공기 압축기의 동압 베어링의 부양력을 보강시키는 것에 관한 것이다.

이를 위하여 동압 베어링을 갖춘 터보형 공기 압축기에 있어서, 터보 팬에서 압축 공기를 공급받는 공기 저장 탱크와, 공기 저장 탱크의 압축 공기 분사를 조절 가능한 전자 조절장치(ECU), 작동 밸브, 회전수 센서 및 유격 센서로서 구성되어진 피드백 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보형 공기 압축기를 구성한다.

동압 공기 베어링을 이용하여 터보형 공기 압축기를 구동함에 있어서, 작동 초기 및 종료시 동압 형성되지 않은 상태의 동압 베어링의 마찰로 인한 손상을 방지하여 기계적 수명을 증가시키고, 특히 미소한 자기장 척력으로 인하여 활용 범위가 제한적인 무거운 중량의 고속 회전체의 부양이 가능하여 터보 압축기의 성능 개선 및 활용 범위를 넓이는 효과가 있다.

Description

공기 탱크를 갖춘 터보 압축기의 동압 공기 베어링 {The dynamic air bearing of turbo compressor having an air tank}

본 발명은 동압 공기 베어링을 갖춘 터보형 공기 압축기에 있어서, 공기 저장탱크의 압축 공기를 이용하여 터보형 공기 압축기의 동압 베어링의 부양력을 보강시키는 것에 관한 것이다.

일반적으로 초고속 회전 기계에 이용되고 있는 동압 공기 베어링은 축의 높은 회전수에 따라 축과 외관사이의 유동속도에 의하여 공기의 점성에 의한 압력장이 형성되어서, 고체 볼베어링 및 액체 윤활유를 대체 가능한 베어링 효과를 발생시키는 것이다.

동압 공기 베어링 효과를 발생시키기 위하여 높은 회전수가 필요하나, 회전 기계의 작동초기 및 종료단계에서는 정지상태이거나 저속상태로서 동압 효과가 발생하지 않아서, 도 1은 종래의 동압 공기 베어링 작동 설명도에서 보는바와 같이, 자석 추력판(6)을 이용한 자기장에 의한 척력에 의하여 회전기계의 중량을 지지하여 동압 베어링의 간격을 유지한 후 축을 회전시키어서 빗살 홈(3) 또는 허링본(herringbone) 홈이 새겨진 저널 베어링(2) 및 나선 홈(5) 또는 스파이럴(spiral) 홈이 새겨진 스러스트 베어링(4)의 자체 부양 효과(self activated airfoil bearing)를 이용하여 고속 회전이 가능하다.

그러나 동압 베어링과 전동 모터로 구성된 종래의 에어 스핀들은 에어 베어링과 모터가 결합되어진 회전 기계로서 동압 베어링의 유격 공간을 확보하기 위하여 회전 시작 시에는 자기장의 척력을 이용하여 회전체를 부양시켜야하나 자기력에 의한 척력이 미미하여 지지 중량이 미소한 회전기계분야로 활용범위가 제한되는 단점이 지적되고 있다.

본 발명의 목적은 동압 공기 베어링을 갖춘 터보형 공기 압축기에 있어서, 공기 저장 탱크의 압축 공기를 이용하여 터보형 공기 압축기의 동압 베어링의 부양력을 보강하기위하여, 터보 팬에서 압축 공기를 공급받는 공기 저장 탱크와, 공기 저장 탱크의 압축 공기분사를 조절 가능한 전자 조절 장치(ECU), 작동 밸브, 회전수 센서 및 유격 센서로서 구성되어진 피드백 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보형 공기 압축기에 설치하여 무거운 중량의 고속 회전 기계에도 동압 베어링을 이용할 수 있도록 하는 것이다.

도 1은 종래의 동압 공기 베어링 작동 설명도

도 2는 본 발명에 따른 터보형 공기 압축기의 구성도

도 3은 본 발명에 따른 동압 공기 베어링의 작동 설명도

상기의 목적을 달성하기 위하여 동압 공기 베어링을 갖춘 터보형 공기 압축기에 있어서, 터보 팬에서 압축 공기를 공급받는 공기 저장 탱크와, 공기 저장 탱크의 압축 공기 분사를 조절 가능한 전자 조절 장치(ECU), 작동 밸브, 회전수 센서 및 유격 센서로서 구성되어진 피드백 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보형 공기 압축기를 구성한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 도면을 참고로 하여 자세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 터보형 공기 압축기의 구성도에서 보는 바와 같이, 전동 모터(30)에 설치된 회전축(1)과, 회전축(1)에 설치된 동압 공기 저널 베어링(2) 및 스러스트 베어링(4)과, 회전축(1)에 고정시킨 터보 팬(10)과, 터보 팬(10)을 덮고 있는 하우징(12)과, 하우징(12)에 설치된 압축 공기 유출관(14)과, 압축 공기 유출관(14)에서 분기시킨 분기관(16)과, 분기관(16)에 부착시킨 체크 밸브(18)와, 분기관(16)에서 연결시킨 공기 저장 탱크(40)와, 공기 저장 탱크(40)의 압축 공기를 동압 베어링(4)에 공급하는 분사관(42), 분사관(42)에 부착시킨 분사 밸브(44)와, 분사 밸브(44)와 전선으로 연결시킨 전자 조절 장치(49)와, 전자 조절 장치(49)와 전선으로 연결시킨 회전수 센서(48) 및 유격센서(45)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보형 공기 압축기를 구성한다.

전동 모터(30)의 전원 스위치(32)를 온(on)시키면 회전축(1)의 회전이 시작되지 않은 상태에서 회전수 센서(48)의 신호가 전자 조절 장치(ECU)(49)에 전달되어 분사 밸브(44)가 열리도록 명령하게 되면, 도 3은 본 발명에 따른 동압 공기 베어링의 작동 설명도에서 보는 바와 같이, 공기 탱크(40)에서 압축 공기가 동압 베어링(4) 내부로 분사되고 공기 동압에 의하여 축방향 하중을 지지하도록 스러스트 동압 베어링(4)과 추력판 사이의 유격이 충분하게 형성되고 반경 방향 하중을 지지하도록 저널 동압 베어링(3)과 래비린스 파이프(2) 내벽사이의 유격이 충분하게 형성된 이후, 유격 센서(45)의 신호가 전자 조종장치에 입력됨으로서 전동 모터(30)는 마찰 없이 회전을 시작할 수 있다.

회전수 센서(48)는 일정 회전 속도에 도달하게 되면 회전축(1)의 회전수를 감지하여 전자 조종 장치(ECU)(49)에 입력하고 분사 밸브(44)에 닫히는 명령을 하여 압축 공기의 분사를 중지하게 되어 정상 운전 상태가 지속된다.

터보 공기 압축기의 전원 스위치(32)를 오프(off)시키어서 운전이 종료하게 되면 회전수 센서(48)는 낮아진 회전수를 감지하여 회전수 신호를 전자 조종 장치(49)에 전달하고 분사밸브(44)를 열리게 함으로서 보조 공기 탱크(40)에서 압축 공기가 동압 베어링(4) 내부로 분사되기 시작하게되어 회전축(1)은 접촉 마찰 없이 정지할 수 있다.

회전축(1)이 정지되면 회전수 센서(48)의 신호가 전자 조종 장치(49)로 입력되고 분사밸브(44)는 압축공기의 분사를 중지하게 된다.

운전중 공기 저장 탱크(40)의 압력이 압축공기의 소모로 인하여 저감되면 터보 팬(10)에서 생성된 압축 공기를 체크밸브(18)를 통하여 공급받아 일정한 압력 상태를 유지할 수 있으며, 공기 저장 탱크(40)의 압력이 일정 압력 기준에 미달된 경우에는 외부 공기 저장 탱크로부터 압축 공기를 공급받을 수 있다.

또한 회전수 센서(48)는 공기 압력을 기준으로 작동되는 공압 센서로 대체 가능하다.

공기 저장 탱크의 압축 공기를 이용하여 터보형 공기 압축기의 동압 베어링의 부양력을 보강하기 위하여 자체 생산된 압축공기를 저장하는 보조 공기 저장 탱크와 압축 공기의 공급을 자동 제어하는 피드백 시스템을 동압 베어링을 이용하는 터보형 공기 압축기에 갖추게 되어서, 미소한 자기력에 의존하여 활용범위가 제한적이었던 무거운 중량의 고속회전 기계에도 동압 베어링을 적용하게 되어 본 고속 회전 기계의 활용 범위를 넓이는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 동압 베어링을 갖춘 터보형 공기 압축기에 있어서, 터보 팬에서 압축 공기를 공급받는 공기저장 탱크와, 공기 저장 탱크의 압축 공기 분사를 조절 가능한 전자 조절 장치(ECU), 작동 밸브, 회전수 센서 및 유격 센서로서 구성되어진 피드백 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보형 공기 압축기.
2. 제 1항에 있어서, 공압 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보형 공기 압축기.